今年两会期间中国航天传出不少好消息,中国航天科技六院院长刘志让向记者介绍,该院正联合国内核动力相关研究单位,开展空间核动力的论证和关键技术研究,将用于未来的载人火星探测。3月1日普京国情咨文公开了神秘的核动力导弹,但这只是大气层内飞行的导弹,中国航天要搞核动力火箭发动机,这还真是地下天上的差距,也是穷兵黩武和造福人类的境界之别。

  RL-10是比冲最高的氢氧发动机,也只有462.5秒,而核热火箭发动机可达900秒以上!

  根据刘院长的介绍,现在的液体火箭发动机都属于化学推进,发动机比冲受限于液体推进剂的化学能,难以适应未来载人火星等任务的需求,而核发动机就不一样了,核热发动机使用氢作为推进剂,比冲能达到氢氧发动机的两倍以上,如果使用大推力核热发动机,地球到火星的飞行时间能缩短到一个半月!作为航天迷,我们都知道氢氧发动机比冲最高,目前美国的RL10B-2发动机可达462.5秒,而核热发动机可达900-1000秒,从齐奥尔科夫斯基公式可知,比冲提高后载货量是指数级的提高,要是中国航天能研制出核热火箭发动机,那真是厉害了我的国!

  美国DRA5方案中的载人火星飞行器,采用高比冲的核热火箭降低重型火箭发射量

  中国载人航天和深空探测不断深入,目前中国航天员还停留在近地轨道上,而探测器才刚刚飞出地月系(嫦娥二号),但中国人民理应为世界做出更大的贡献,迎来民族的伟大复兴,怎么可能缺席载人和深空探测呢!未来我国将研制重型运载火箭,开展火星探测项目和载人登月工程,最终剑指载人登火。载人登陆火星难度相当大,如果使用现在的化学推进火箭发动机,美国NASA做过评估,使用近地轨道运力130吨的战神五号火箭,一次任务就要发射14枚战神五号重型火箭,NASA看了头很大,2009年的的设计参考架构(DRA)5中放弃了化学推进方案,首选核热火箭,核热火箭的发射任务量就要少得多,只需要7枚战神五号而已。毫不夸张的说,没有核热火箭人类真要当裤子去火星了,中国航天想要研制核热推进技术,反映出我们还是有载人登火的雄心壮志的。

  美国冷战期间研制了NERVA核热发动机,推力34吨需要1100MW的核反应堆!

  核热火箭并非新鲜事物,美苏冷战期间都进行了研制,美国的NERVA和苏联的RD-0410发动机都进行了试验,尤其是美国的NERVA发动机计划,核热发动机的反应堆从最初的70MW增加到1100MW级别,并测试达到4000MW级别。虽然NERVA只是一个真空推力75千磅/34吨的核热发动机,但从4000MW的核反应堆功率推测,美国曾有研制百吨级核热发动机的计划。进一步整理故纸堆,美国还打算为核热火箭研制5GW级别的反应堆,理论上可产生1200吨的真空推力,这比现在最大的液体火箭发动机(RD-171)推力还大。然而,阿波罗登月成功后美国拔剑四顾心茫然,不愿意再为载人航天竞赛投入巨资,NERVA等一批宏伟计划胎死腹中,不过NERVA还是为美国航天留下了丰富的遗产,NASA后来的载人火星任务中核热火箭始终是最受青睐的方案之一。

  美国人现在已经转向太阳能电推方案,昂贵而危险的核火箭已经过时了

  核热推进系统这么好,但NASA最新的火星计划中已经没有了核热火箭的身影,不是NASA放弃了载人登火的雄心壮志,而是新技术的出现让核热火箭成为明日黄花。核热火箭离不开小体积大功率的核反应堆,这样的反应堆技术难度高不说,发射和使用的风险也实在太大了,不是别无选择大家不会选核热火箭,这也是核热火箭比冲优势这么高,但几十年来却没有实用的根本原因。核热推进技术止步不前,而随着电推技术的迅猛发展,电推的比冲尤其是推力不断推高,核热火箭最值得称道的高比冲,和电推火箭比不值一提:目前离子电推比冲3000秒起步,是核热火箭的三倍以上!既然如此,还有什么必要继续选择核热推进方式呢?当然我们还可以研制核电推进系统,但这个谈核色变的年代,大功率太阳能电推(SEP)可以满足需求的时候,航天部门何必沾上“核”字惹来一身麻烦。

  核热火箭大大减少了重型火箭发射量,但现在电推已经淘汰了这一技术,中国还要闭门造车么?

  总而言之,核推进火箭曾代表了一个时代的梦想,是载人登火的首选,核电推进也有推力大的优势,但随着太阳能电推系统的成熟和提高,空间核动力方案还没有出生就被淘汰了,中国航天要是在空间核动力上投入巨资,那真是只知埋头拉车不知抬头看路,会事倍功半造成人力物力的巨大浪费了。

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